Перовскитните слънчеви клетки (ПСК) се разглеждат като обещаваща технология за следващо поколение фотоволтаици, благодарение на тяхната висока ефективност и ниска цена за производство. Те имат потенциала да трансформират индустрията за възобновяема енергия. Въпреки това, настоящият метод за производството им е проблем, който би попречил за широкото разпространение на ПСК. За щастие, изследователи от City University в Хонг Конг и Националната лаборатория за възобновяема енергия в САЩ наскоро си сътрудничиха, за да разработят иновативен, едноетапен процес за нанасяне на покритие, който опростява производството и намалява бариерите пред комерсиализирането на ПСК.
Снимка: Dr. Zhu Zonglong’s research group / City University of Hong Kong
„Намаляването на броя на стъпките за обработка, без да се жертва ефективността, ще опрости процеса и ще намали производствените разходи. Това от своя страна ще подобри производителността на ПСК“, обясни д-р Дзу Зонглонг, ръководител на изследването и асистент в Катедра по химия в City University, Хонг Конг.
„Ние се заехме с основния проблем в производството на ПСК, използвайки нов подход, който извършва обработката на селективния контакт за дупки и перовскитния слой в една стъпка. Това доведе до най-високата досега ефективност от 24,5% и изключителна стабилност на инвертираните перовскитни слънчеви клетки. Това ни приближава към широкото разпространение на технологията“, каза той.
Обикновено ПСК се произвеждат с помощта на процес, който включва последователно поставяне на различни слоеве на слънчевата клетка един върху друг. Въпреки че, този подход е успешен при производството на високопроизводителни ПСК, той причинява проблеми, които могат да възпрепятстват тяхното разпространение. Това са повишените производствени разходи, незадоволителната еднородност и възпроизводимостта.
Д-р Дзу в сътрудничество с д-р Джоузеф М. Лутър от NREL, съвместно изобретяват нов подход за производство на ефективни инвертирани ПСК, в който селективния контакт за дупки и перовскитният абсорбатор на светлина могат да се образуват спонтанно в една процедура.
Те откриват, че ако се добавят специфични фосфонови или карбоксилни киселини към перовскитните прекурсорни разтвори, те ще се сглобят сами върху субстрата от индиево-калаен оксид по време на обработката на перовскитния филм. Така се образува здрав самостоятелно сглобен единичен слой, който е отличен селективен контакт за дупки, докато междувременно перовскитът се кристализира. Тази единична процедура за покриване с разтвор не само решава проблемите с омокряемостта, но също така опростява производството, като създава селективния контакт за дупки и перовскитния абсорбатор на светлина по едно и също време.
Новосъздаденото ПСК устройство има ефективност за преобразуване на мощност от 24,5% и може да запази повече от 90% от първоначалната си ефективност дори след 1200 часа работа при максимална мощност и непрекъснато осветление. Неговата ефективност е сравнима с тази на подобни ПСК устройства на пазара.
Екипът за сътрудничество показва, че новият подход е съвместим с различни самостоятелно сглобени монослойни молекулярни системи, перовскитни композиции, разтворители и методи за обработка в мащаб, като техники за центрофугиране и техники за покритие с остриета.
„Чрез въвеждането на този иновативен подход се надяваме да допринесем в изследователската общност на ПСК, като предложим по-прост метод за производство и потенциално ускоряване на процеса при пускането им на пазара“, каза д-р Дзу.
Изследователският екип планира да проучи допълнително връзката между структурите на самостоятелно сглобяващите се монослойни молекули и перовскитните прекурсори, за да идентифицира оптимална група от монослойни молекули за тази процедура, като по този начин подобри цялостната производителност на ПСК.